城鎮(zhèn)污水處理廠氨氮達(dá)標(biāo)排放探究

氨氮是控制水體含氮有機(jī)物污染和保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)。“十二五”的廢水減排新增了氨氮，并于2011年底成為污染源在線(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控項(xiàng)目，我省將原有執(zhí)行一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠提標(biāo)為一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)，“十三五”將根據(jù)質(zhì)量改善需求繼續(xù)實(shí)施氨氮排放總量控制，并對(duì)總氮、總磷實(shí)施重點(diǎn)區(qū)域與重點(diǎn)行業(yè)相結(jié)合的總量控制。生活污染是氨氮的主要排放源，城鎮(zhèn)污水處理是削減氨氮的主要手段，已成為氨氮減排的最主要領(lǐng)域，城市污水脫氮處理有待加強(qiáng)，脫氮形勢(shì)十分嚴(yán)峻。因此，現(xiàn)有城市污水處理廠需要大幅提高脫氮除磷能力，進(jìn)行升級(jí)改造。我市各級(jí)政府對(duì)污水綜合治理十分重視，為提升市政污水處理規(guī)模和水平使得地區(qū)環(huán)境保護(hù)和改善以及資源綜合利用在全省達(dá)到先進(jìn)水平，要求轄區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠排放全面提標(biāo)并嚴(yán)格執(zhí)行一級(jí) A 排放標(biāo)準(zhǔn)。為此選擇我市某一縣區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造采用膜生物反應(yīng)器(MBR)新技術(shù)作為全地區(qū)提標(biāo)升級(jí)改造的示范。

1、深度改造的不良因素分析

1.1 現(xiàn)有污水處理工藝對(duì)去除氨氮有難度

　　該污水工藝流程為典型的市政污水處理流程，生化反應(yīng)采用經(jīng)典的 A2/O 工藝，污水處理廠水量較小、水質(zhì)變化較大，污水碳氮比普遍偏低，進(jìn)水無(wú)機(jī)懸浮固體普遍偏高，尤其在冬季進(jìn)水水質(zhì)惡化的情形下，再加上低水溫和工業(yè)廢水的影響，要想持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)特別是脫氮比較困難。

1.2 治理設(shè)施和運(yùn)行過(guò)程存在問(wèn)題

　　就運(yùn)行過(guò)程來(lái)說(shuō)，污水處理廠污水管網(wǎng)不太配套、缺乏深度治理設(shè)施，運(yùn)行負(fù)荷率低、運(yùn)行水平較低，導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到合適的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，污水處理費(fèi)征收不足，監(jiān)管不力等因素也影響實(shí)際處理效果。

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研了解情況分析，該污水廠運(yùn)行過(guò)程中存在的主要問(wèn)題有：旋流沉砂池分離效率低使細(xì)小顆粒的粉煤灰大量夾帶進(jìn)入生化處理系統(tǒng)影響活性污泥的活性，最終成為出水氨氮不達(dá)標(biāo)的重要因素之一;活性污泥沉降性極差影響污泥沉降性能及污泥活性;各級(jí)功能性池的水流設(shè)計(jì)分布不合理造成各生化反應(yīng)池水流短路，影響生化效果;污泥收集池設(shè)計(jì)不盡合理無(wú)泥水分離作用造成 TP、TN 和BOD 負(fù)荷失調(diào);由于進(jìn)水量偏少和回流比過(guò)大造成系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)紊亂導(dǎo)致 SRT 和 HRT 過(guò)長(zhǎng)并直接影響水溫及溶解氧的控制;進(jìn)水每3～4 天會(huì)出現(xiàn)一次 TN 特別高現(xiàn)象導(dǎo)致生化系統(tǒng)中 BOD/TN 濃度比值小于理論脫氮值，使生物脫氮無(wú)法完全進(jìn)行。

1.3 其他因素

　　由于污水處理廠管網(wǎng)設(shè)施的缺陷，例如現(xiàn)有的污水管網(wǎng)一般會(huì)受到雨水以及地下水的影響，可能會(huì)導(dǎo)致碳氮比較低，排放總量增大。

2、深度改造方法分析

2.1 各工藝比較

　　目前多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠采用的脫氮除磷傳統(tǒng)工藝主要有 5 大類(lèi)：A/O 工藝、A2/O 工藝、改 進(jìn)A2/O 工藝、氧化溝工藝、MBR 及其改進(jìn)工藝。針對(duì)氨氮處理采取的主要措施為：污水氨氮超標(biāo)說(shuō)明硝化不完全，延長(zhǎng)好氧池的曝氣時(shí)間;增加污泥齡，富集硝化菌;加大污泥回流量或延長(zhǎng)停留時(shí)間來(lái)解決;pH 值偏低，硝化消耗堿度，調(diào)節(jié)進(jìn)水pH 值，可投加NaOH 或 Ca(OH)2;適當(dāng)增加曝氣量;保證污水水溫大于15 ℃。比較目前主要脫氮除磷工藝的特點(diǎn)和運(yùn)行后，我們不難發(fā)現(xiàn)每種脫氮技術(shù)和工藝都有其特點(diǎn)和不足，還沒(méi)有任何一種在經(jīng)濟(jì)和效果上都特別好的技術(shù)。

　　MBR 是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺(tái)的新型污水處理技術(shù)，以膜組件取代二沉池在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設(shè)施占地，系統(tǒng)具有低污泥、高容積負(fù)荷的技術(shù)特征并可減少剩余活性污泥產(chǎn)生量。近年來(lái)，我國(guó) MBR技術(shù)在生活污水處理以及其它行業(yè)廢水處理等方面都進(jìn)行了研究，結(jié) 果表明：MBR 對(duì)廢水的 COD、NH3-N、SS、濁度等都達(dá)到良好的去處效果。新建擴(kuò)建項(xiàng)目雖可采用 MBR 工藝，但這種技術(shù)對(duì)我國(guó)而言還在摸索。在大型污水處理廠全部使用這種工藝有風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)行不安全、能耗高。

　　MBR 技術(shù)可以達(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)基于成本、技術(shù)等多方面的原因，還是具有一定困難的。我認(rèn)為膜分離技術(shù)只是現(xiàn)行污水處理的環(huán)節(jié)之一，生物脫氮除磷技術(shù)是不可缺少的。

2.2 兩級(jí) A2/O+MBR 提標(biāo)改造工藝優(yōu)化運(yùn)營(yíng)

2.2.1 工藝流程(如圖1所示)

 2.2.2 工藝說(shuō)明

　　1)本次對(duì)細(xì)格柵作了更精細(xì)的改造，將原先的齒耙回轉(zhuǎn)格柵改造為轉(zhuǎn)鼓精細(xì)格柵，1cm 的齒耙間距改為2 mm 的網(wǎng)孔，這樣的格柵能夠截留任何大小為2 mm 的雜物，以保證沒(méi)有大的尖銳的物體進(jìn)入 MBR 膜池，從 而對(duì) MBR 膜起到一定的保護(hù)作用。

　　2)在曝氣池的出水口安裝網(wǎng)篩，以進(jìn)一步的避免絲狀物進(jìn)入 MBR 膜池，避免吸附到 MBR 膜表面，從而減慢對(duì) MBR 膜的污染。

　　3)在 MBR 膜池安裝除磷加藥設(shè)備，在磷不達(dá)標(biāo)的短暫期間可以通過(guò)加入除磷藥劑，將磷聚集到一起，然后通過(guò)脫泥將聚磷隨之排出，以保證磷達(dá)標(biāo)。因?yàn)榱椎娜コ强渴Ｓ辔勰嗟呐欧艑?shí)現(xiàn)的。

　　4)采用 MBR 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)SRT 和 HRT 的完全分離，SRT 這一指標(biāo)體現(xiàn)的是對(duì)菌種的選擇，SRT 的長(zhǎng)短對(duì)活性污泥的菌種起決定性的作用。比如硝化細(xì)菌的最佳SRT 為5d～8d，而反硝化細(xì)菌的最佳SRT 為15d，如果SRT 達(dá)不到5d以上，則硝化細(xì)菌就不可能大量繁殖，成為優(yōu)勢(shì)菌種，從而嚴(yán)重影響硝化作用，導(dǎo)致出水 NH3-N 不達(dá)標(biāo)，TN的去除就更談不上。但是SRT 也不能太長(zhǎng)，如超過(guò)15d，則反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制，而對(duì)于硝化細(xì)菌來(lái)說(shuō)此時(shí)的泥齡屬于嚴(yán)重老化，也不利于其生長(zhǎng)，因此我們常常把 SRT 控制在12d 左右。而MBR 膜工藝能夠很輕松的實(shí)現(xiàn)這一控制，因 此，MBR 膜工藝脫氮比其他傳統(tǒng)工藝更有優(yōu)勢(shì)。

　　5)MBR 膜孔徑為0.1μm～0.4μm，這就使得污水廠出水 SS 及濁度濃度非常低甚至有時(shí)幾乎為零。

　　6)嚴(yán)格控制生化系統(tǒng)的一級(jí)回流、二級(jí)回流、三級(jí)回流及曝氣參數(shù)，一級(jí)回流是將 MBR 膜池的泥水混合液打到好氧池的進(jìn)口，一級(jí)回流的大小嚴(yán)格控制著 MBR 膜池污泥的濃度，一級(jí)回流大了膜池污泥濃度就會(huì)降低，一級(jí)回流小了污泥濃度就會(huì)增加，以調(diào)整膜池的生物量;二級(jí)回流是將曝氣池出口的污泥混合液打到缺氧池的進(jìn)口，此過(guò)程是生物池的一個(gè)內(nèi)部循環(huán)，其重要作用就是進(jìn)行反硝化;三級(jí)回流是將缺氧池的泥水混合液打到厭氧池，其主要作用是調(diào)節(jié)厭氧池的污泥濃度，保證厭氧池有一定量的生物量來(lái)進(jìn)行厭氧池的釋磷，從而使其能夠在好氧池更好地吸磷，然后通過(guò)排泥以除去磷;生物池曝氣的主要作用是給好氧生物供養(yǎng)。膜池曝氣的主要作用有二：一是沖刷 MBR 膜表面，延緩 MBR膜表面污染程度，二是有效的進(jìn)行泥水分離。提高活性污泥濃度和活性，使其有足夠的生化反應(yīng)時(shí)間促進(jìn)完全硝化和部分反硝化以及 BOD 降解。

2.2.3 工藝特點(diǎn)

　　1)盡管 MBR 工藝是利用膜的高效固液分離功能實(shí)現(xiàn)污水最終凈化目的，但是有機(jī)污染物的去除仍然以生物處理 A2/O 為主導(dǎo)，仍然要依靠合理設(shè)計(jì)的生物處理段來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　2)工藝改造后采用兩級(jí) A2/O+ MBR 膜分離工藝組合技術(shù)，具有同步除碳脫氮除磷功能，進(jìn)一步拓展了 MBR 的應(yīng)用范疇。

　　3)本次深度改造工藝采用兩級(jí) A2/O+ MBR工藝強(qiáng)化了除磷脫氮更適合該污水廠進(jìn)水質(zhì)波動(dòng)較大、高氨氮和高 TN、排放要求高的污水特點(diǎn)，工藝中脫氮處理效果最為突出，恰 好彌補(bǔ)原有工藝的不足。

　　4)深度改造 A2/O+MBR 工藝形成的生物、油等膜污染，尤其是冬季水溫小于10 ℃時(shí)膜自然收縮導(dǎo)致通量降低，污水處理能力減少，有待今后進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

3、工藝改造后的處理效果比較

　　本次選取了深度改造后的污水廠 A 從投入正常運(yùn)行連續(xù)2 年的進(jìn)、出口污水氨氮濃度在線(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與同期運(yùn)行效果較好的傳統(tǒng)工藝污水廠B進(jìn)行比較(如圖2、圖3 所示)，結(jié)果顯示：采用傳統(tǒng)工藝污水廠 B 出水氨氮濃度值波動(dòng)較大，而 采用A2/O+MBR 工藝對(duì)污水氨氮的處理效果明顯要比傳統(tǒng)工藝的效果好且穩(wěn)定。氣候變換冷熱交替階段尤其是冬季氣溫較低、水質(zhì)較復(fù)雜時(shí)采用傳統(tǒng)工藝污水廠B會(huì)出現(xiàn)出水口氨氮濃度日均值有時(shí)階段性的超標(biāo)、小時(shí)值偶爾超標(biāo)嚴(yán)重現(xiàn)象，而采用 A2/O+MBR 工藝對(duì)污水氨氮的處理效果明顯占優(yōu)勢(shì)，一般能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。新環(huán)保法及按日連續(xù)處罰辦法等法律法規(guī)實(shí)施后增強(qiáng)了排污企業(yè)環(huán)保管理力度，提高了污水處理效果，污水廠出口氨氮濃度整體相對(duì)有所下降。

4、結(jié)論

　　1)采用 A2/O+ MBR 工藝對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行深度改造，氨氮的處理效果相對(duì)較好，尤其在污水濃度沖擊力較大、冬季溫度較低時(shí)間段處理效果更加明顯。

　　2)隨著環(huán)境治理工作在我國(guó)逐漸備受重視、城市發(fā)展和污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行深度改造，達(dá)到國(guó)家一級(jí) A 排放標(biāo)準(zhǔn)，是非常必要的。

　　3)根據(jù)原水水量、進(jìn)出水水質(zhì)及回用和排放要求，經(jīng)過(guò)對(duì)原有污水處理工藝進(jìn)行綜合論證和比選、優(yōu)化，選擇滿(mǎn)足治理要求、投資省、占地面積較小、運(yùn)行管理方便的 A2/O+MBR 工藝作為污水處理的主要科學(xué)技術(shù)。

　　4)通過(guò)深度改造，處理出水水質(zhì)完全能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí) A 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，每年可大大減少主要污染物排放，如果直接回用，每年可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。充分體現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、資源效益和環(huán)境效益四良性循環(huán)。